Студопедия — Эксергия
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Эксергия






В технической термодинамике, которая в основном использует методы классической (равновесной) термодинамики, изучаются процессы взаимного превращения различных видов энергии. Важное социальное и экономическое значение имеет техническая задача энергосбережения. Производство и потребление энергии растет с каждым годом во всем мире, что обусловлено ростом масштабов производства всех хозяйственных отраслей, развитием новых технологий и ростом народонаселения. В этих условиях важную роль играет экономия энергоресурсов. Для создания энергосберегающих технологий и совершенствования энергетического и технологического оборудования нужны критерии качества энергии и эффективности ее использования. Эта задача успешно решается методами термодинамики. Например, в тепловых двигателях часть полезной работы неизбежно превращается в теплоту, которая безвозвратно рассеивается в окружающей среде. Эти потери можно уменьшить более рациональной организацией процессов и более совершенным инженерным оформлением энергетических установок.

При практическом использовании различных видов энергии важное значение имеет ее качество, определяющее возможность превращения в другие виды энергии:

энергия высокого качества (например, механическая и электрическая) почти без ограничений может превращаться в другие виды энергии;

энергия среднего качества (химическая и внутренняя при отсутствии равновесия с окружающей средой) ограниченно преобразуется в другие виды энергии;

энергия низкого качества (теплота) диссипирует в окружающей среде и вообще не преобразуется в другие виды энергии.

Преимущества энергии высокого качества, например, электрической, обусловлены тем, что она относительно легко может быть преобразована в другие виды энергии (механическую, химическую, тепловую) и транспортирована на большие расстояния.

Все реальные процессы необратимы и сопровождаются диссипацией (потерей качества) высокосортной энергии в теплоту. Высокосортные формы энергии могут превращаться друг в друга без диссипации. Эти виды энергии называют безэнтропийными. Низкосортная форма энергии всегда связана с макроскопическими (термодинамическими) системами. Эти виды энергии называют энтропийными, так как процессы их взаимного превращения и преобразования в высокосортные формы энергии подчиняются второму закону термодинамики.

Источником пригодной для использования энергии могут служить только системы, не находящиеся в равновесии с окружающей средой. Такие системы могут совершить максимальную работу, если протекающие в них процессы обратимы. Мерой максимальной работы являются разности соответствующих термодинамических потенциалов. Однако во многих случаях для оценки работоспособности термодинамических потенциалов недостаточно, поскольку системы функционируют в окружающей среде, которая может оказывать влияние на их работу. Для учета последнего обстоятельства введены эксергетические функции, обобщающие понятие потенциалов и учитывающие влияние среды. Аналогами свободной энергии и энтальпии являются функции и ( – внутренняя энергия, энтальпия и энтропия системы, – температура и давление окружающей среды). Разность эксергетических функций в двух состояниях, так же, как и разность термодинамических потенциалов, определяет максимальную работоспособность или эксергию.

Классическое определение эксергии как “максимальной работы, которую может совершить система в обратимом процессе с окружающей средой в качестве источника даровых тепла и веществ, если в конце этого процесса все участвующие в нем виды материи приходят в состояние термодинамического равновесия со всеми компонентами окружающей среды”, было дано Я.Шаргутом и Р.Петелой. Ими введены понятия эксергий потока вещества, физической эксергии (результат несовпадения температуры и давления системы и окружающей среды), химической эксергии (результат несовпадения химических потенциалов системы и окружающей среды), ядерной эксергии – максимальной работы, которая может быть получена за счет ядерных реакций вещества системы, эксергии теплоты,

и “[U10] эксергетической температуры”

.

К настоящему времени эксергетический анализ хоть и не стал общепринятым для большинства практических работников, широко применяется в исследованиях эффективности работы оборудования и установок в самых различных отраслях народного хозяйства: термодинамические циклы получения электрической (механической) энергии, теплоты и холода, процессы в химической технологии, металлургические процессы, теплообмен, разделение смесей.

Понятие эксергии лежит в основе современного эксергетического анализа, представляющего собой достаточно разработанный аппарат. Эксергетические методы позволяют учесть не только количественные, но и качественные характеристики энергоресурсов, используемых в различных элементах энергетических и технологических установок, а также оценить диссипативные потери в этих элементах и в установках в целом и определить эффективность использования энергии.


Лекция 11

Эксергетический анализ основан на уравнении эксергетического баланса, которое для произвольного числа потоков на входе и выходе рассматриваемого элемента установки (рис.1) имеет вид

,

 
 

где , , , – суммы эксергий потоков вещества и тепла на входе и выходе установки; , – суммарные работы, совершаемые окружающими телами над системой и системой над окружающими телами; – эксергетические потери.

Рис.6.1. Потоки эксергии теплоты и вещества [U11]

 

Уравнение эксергетического баланса замыкается эксергетическими потерями , характеризующими диссипацию энергии, а эффективность установки оценивается величиной эксергетического КПД

,

где – потоки эксергии, определяющие полезный эффект,

– потоки эксергии, определяющие затраты.

Эксергетические (энтропийные) потери могут быть найдены независимо по формуле Гюи-Стодолы

,

где – производство энтропии, вызванное необратимостью процессов (диссипативными эффектами). Величина определяется из уравнения баланса энтропии, играющего основную роль в термодинамике необратимых процессов.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ[U12]

Кириллин, В.А. Техническая термодинамика: учебник для вузов / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, С.А. Шейндлин. – М.: Наука, 1991. – 512 с.

Архаров, А.М. Теплотехника: учебник для втузов / А.М. Архаров, В.Н. Афанасьев и др.; под общ. ред. А.М. Архарова, В.Н. Афанасьева. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. – 712 с.

Александров, А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. – М: Изд-во МЭИ, 2004. – 158 с.

Андрианова, Т.М. Сборник задач по технической термодинамике /. Т.М. Андрианова, Б.В. Дзампов, В.Н. Зубарев, С.А. Ремизов. – М.: Энергия, 2000. – 240 с.

Островская, А.В. Техническая термодинамика: учебное пособие в 2 частях / А.В. Островская, Е.М. Толмачёв, В.С. Белоусов, С.А. Нейская. – Екатеринбург: Изд-во УГТУ–УПИ, 2009. – 155 с.

Александров, А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: А.А. Александров, Б.А. Григорьев. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 168 с.

Дополнительная литература В.Н. Королёв, Е.М. Толмачёв. Техническая термодинамика / учебное пособие. Изд. 2-е. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. – 180 с. (10,7 печ. л.) .

Дополнительная литература

Базаров, И.П. Термодинамика. – М.: Высшая школа, 1991. – 376 с.







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 1579. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...

Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Тема: Кинематика поступательного и вращательного движения. 1. Твердое тело начинает вращаться вокруг оси Z с угловой скоростью, проекция которой изменяется со временем 1. Твердое тело начинает вращаться вокруг оси Z с угловой скоростью...

Условия приобретения статуса индивидуального предпринимателя. В соответствии с п. 1 ст. 23 ГК РФ гражданин вправе заниматься предпринимательской деятельностью без образования юридического лица с момента государственной регистрации в качестве индивидуального предпринимателя. Каковы же условия такой регистрации и...

Седалищно-прямокишечная ямка Седалищно-прямокишечная (анальная) ямка, fossa ischiorectalis (ischioanalis) – это парное углубление в области промежности, находящееся по бокам от конечного отдела прямой кишки и седалищных бугров, заполненное жировой клетчаткой, сосудами, нервами и...

Упражнение Джеффа. Это список вопросов или утверждений, отвечая на которые участник может раскрыть свой внутренний мир перед другими участниками и узнать о других участниках больше...

Влияние первой русской революции 1905-1907 гг. на Казахстан. Революция в России (1905-1907 гг.), дала первый толчок политическому пробуждению трудящихся Казахстана, развитию национально-освободительного рабочего движения против гнета. В Казахстане, находившемся далеко от политических центров Российской империи...

Виды сухожильных швов После выделения культи сухожилия и эвакуации гематомы приступают к восстановлению целостности сухожилия...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия